大气温度测量论文

工程测试技术课程设计论文《大气温度测量论文》学号：XXXXXXXXX姓名：XX指导老师：XX实验地点：教4-118XXXX学院2023年6月13日大气温度测量论文导论：大气温度是表示空气冷热程度的物理量,是大气主要状态、气象要素中主要要素之一。例如大气中发生的热力过程和水汽凝结现象都与大气温度有密切关系。在日常生活实践中,许多物理现象和化学过程无不与温度有密切关系。因此,对温度的测量,有十分重要的意义。一、气温测量方案评述测试系统组成如下：测量电路传感器根本转换电路显示记录被测对象测量电路传感器根本转换电路显示记录被测对象A/D转换计算机A/D转换计算机在气温测定中,测定要求的精确度,使用的仪器及测定方法都是按照各自要求和特点进行设计与选择的。这就要求对各种类型的测温仪器的根本原理、性能、特点等有所了解,既可防止盲目要求仪器精度而造成浪费,又可获得较高质量、具有代表性的资料。方案一：根据线性尺寸变化为原理的测量温度。双金属温度测量利用双金属片随空气温度变化而伸缩的原理,测定空气温度连续变化。主要由感应局部、传动放大局部、自记局部与支承保护局部等组成。这类仪器有日记、周记、自记双金属温度计。其特点为:(1)可连续记录温度变化,能读出温度变化趋势。(2)可保存记录。(3)属机械仪器,不宜做成遥测;遥测时需间断点转换,不连续。(4)结构也算简单,属常规台站仪器之一。方案二：利用电阻随空气温度变化而变化测定空气温度的仪器1.电阻温度表，金属导体的电阻值随着温度的升高而增加,测定其电阻值,便可推知其温度。通常由金属电阻测温元件、电阻温度表的测量线路(电桥)、支承与保护壳体等组成。这类温度表有铁、铜、镍、铂、银、康铜、黄铜、锰镍铜、锻铜、镍铬铁等金属温度表。特别是铂电阻温度表,可做得很准确,用来作标准仪器校准其它测温仪器。其特点为:(1)特性稳定,热惯性可做得很小和很大,测温范围宽。(2)具有良好的防辐射性能,金属丝细散热性好。(3)感应元件可做得很小和任意几何形状,可测空气、土壤、水体和植物群落间的温度。(4)输出电信号,适于遥测。2.热敏电阻温度表，热敏电阻(半导体)的电阻值随着温度的升高而减小(温度系数为负值),便可推知温度。通常由热敏电阻元件、测温线路、支承与保护壳体等组成。这类温度表多由金属锰、镁、钻、镍、铁等的氧化物混合体制成。例如二氧化钦一氧化锰、氧化镍一氧化锰等混合物。改变这些成分含量比例,可改变其电导率、电阻温度系数及其它特性。其特点为:(1)热敏电阻的温度系数约为金属的10倍,所以有很高的灵敏度。(2)感应元件的热惯性可以很小,也可以很大,适用测温范围广。(3)探头也可做得很小和任意几何形状,适于不同环境条件下使用。(4)本身阻值高,灵敏度大,可相应减小延引导线温度变化及线路中接触电阻等引起的误差,适用于远距离遥测。(5)检定曲线非线性,测温特性的时间稳定性差,可进行线性补偿后使用。(6)每个热敏电阻特性不同,一致性差,互换性不好,但有的单位已经解决了这个问题。方案三：利用热电偶温差电效应制成的温度表热电偶温度表两种不同的金属导体,其两端焊接成一闭合回路,两个接点温度不同时,回路中产生温差电动势,温差越大,热电动势也越大。假设令一接点保持在温度下,那么另一接点的温度可以根据回路中的热电动势与温差之间的关系而测出。通常由热电偶元件、测温电路、支承及保护壳体等局部组成。这类温度表有铜一康铜、锰铜一康铜、铂一康铜、铁一康铜、康铜一铬镍合金、铁一秘等温度表。其特点为:(1)仪器结构简单,制作和使用也方便。(2)感应元件的热惯性可做得很小和很大,适用范围宽。(3)根据需要,探头也可做成各种形状,也可做成多点连续测量的仪器,尤其是能够很方便直接测量多点间的温差。方案四：利用电动势变化而设计的晶体管温度表1.硅二极管温度表利用硅二级管的正向电压随温度和电流会发生变化做成测温传感器。其灵敏度取决于电流的大小,但在很大范围内是近似常数。在保持电流恒定时(一般选择I=0.5mA),硅二级管的正向电压与温度之间具有良好的线性,通常硅二极管在温度为0一40℃范围内,可以做到偏离线性约土0.1℃,但随温度的增大,其温差也增大。2.锗二级管温度表利用锗二级管测温时,其灵敏度可达一2.3mv/℃。应选用热传导性高、滞后小的二级管,由于其灵敏度较热敏电阻低,在测量时,往往采用放大电路。为使通过测温用二极管上的功率到达毫瓦水平,要求输入二极管的阻抗高,输人放大器的阻抗更高。通常用场效应运算放大器。方案五：利用物体外表的辐射原理测定外表温度的红外测温仪由物体的温度辐射而产生的电磁波能量与温度间的函数关系,通过测量辐射能量,可求得温度的仪器为依温度辐射电磁波的波长,在气象上所用温度范围,在红外局部有敏感波段。BAO一1型红外测温仪敏感元件采用ZM秘一锑热电堆,澳化钾滤光器透过6.0一16.0拌m的红外辐射,整个探头封装在充有氢或氮气的金属管壳中,其视场达95。。小球状热敏电阻封装在管壳底部以测热电堆的“冷〞接点温度。为增大热惯性,将探头装在厚铜帽中,再接上手柄,探测器通过软导线与微机相联,由数字显示温度值。其特点为:(1)需注意各种物体辐射率的差异及长波辐射被水汽、二氧化碳吸收等因素。(2)防止短波辐射进人传感器及消除环境辐射的影响。(3)还需对仪器本身的辐射进行补偿或控制。(4)系非接触测量,其结果代表了仪器视场范围内的平均外表温度,测量速度快,代表性好。综上所述：根据每个方案的特点及其适应性，选择方案二的第二种热敏电阻温度表来测量大气温度。二、方案总体设计1、原理分析与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α〔t-t0〕]式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0〔通常t0=0℃〕时对应电阻值；α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比拟而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高〔通常在数千欧以上〕，但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200~500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。其测量原理结构图如下：2、理论分析温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。经过集成放大器放大，将放大后的信号输入A/D转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。3、系统硬件原理1—1然后送给模数转换，将原有的模拟信号转换为可以贝单片机识别和运算的数字信〔1〕该局部电路主要使用测温电桥，当温度变化时，电桥处于不平衡状态，从而输出不平衡(2)(3)(4)、5V、(三、硬件电路设计1、测温电桥图3.1电桥电路2、放大电路，个差分放大电路,因为T压为图3.2放大电路3、传感器电路模块图3.3测温电桥和放大电路上图是一个比拟常用的温度测量电路，大致分为电源，电阻电桥，运放，输出局部。电源由R4，R6，C1，U1B组成，R4，R6为分压电路，C1主要滤除VCC中纹波，U1B为LM324运算放大器，工作于电压跟随器方式，其特点是具有高输入阻抗低输出阻抗，为后级电桥提供较稳定的电流。电桥由R1，R2，R3，R13及热敏电阻组成，通过调节R13使电桥平衡，当温度发生变化时，热敏电阻变化，电桥产生电压差。运放电路由R7，R8，R9，R10及U1A组成，调节R14可以调节输出电压幅值。D1主要用于防止输出负电压，保护后级A/D电路。4、A/D变换电路模块ADC0809,是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。1主要特性：〔1〕8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位〔2〕具有转换启停控制端〔3〕转换时间为100us(时钟为640kHZ时〕，130us(时钟为500KHZ时〕〔4〕它由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，ADC0809可对0V—5V的双极性模拟信号进行转换。所示。各引脚功能说明如下：IN0—IN7:8路模拟量输入引脚。

CCV：+5V工作电压。GND：地。REF〔+〕：参考电压正端。REF〔—〕：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。以上两个信号用于启动A/D转换。EOC：转换结束信号输出引脚。开始转换时为低电平，转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端。用以翻开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线。经译码后可选通IN0—IN78个通道的一个通道进行转换。图3.4ADC0809各引脚图四、小结数据采集及显示数据处理子程序是整个的核心。主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。系数转换在IN0输入的数最大为5V，要求压力80N对应的是5V，为十六进制向十进制转换方便，将系数进行一定倍数的变换，并用小数点位置的变化表达这一过程。数制之间的转换：在二进制数制中，每向左移一位表示数增加两倍。要求压力80N对应的是5V，而温度与电压的变换是线性关系，对应AD转换器的输出为八个1，当有一定的压力值输入时，对应这个关系转化成相应的二进制代码送入P0口。然后再反过来应用这个变化关系，经最终得到的数值进行二进制到BCD码转化，然后逐位在LED数码管上显示。六、参考文献[1]李亚伯等编著，数字电路与系统，北京：电子工业出版社，2001年6月出版130-150[2]李双庆等编著，常用